(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１５質量％以上０．３０質量％未満、
Ｓｉ：０．１０〜０．４０質量％、
Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、
Ａｌ：０．０１〜０．１０質量％、
Ｃａ：０．００１５〜０．００５０質量％、
Ｓ：０．００５質量％以下、
Ｎ：０．００５０質量％以下、
Ｔｉ：０．０１５〜０．０２１質量％、
Ｎｂ：０．００５〜０．０２５質量％、かつ、
ＴｉをＮに対する質量比（Ｔｉ／Ｎ）が３．２以上を満たすように含有し、
残部が、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有し、
板厚が１０ｍｍ以下である油井管用熱延鋼板。
【請求項２】
Ｃ：０．１５質量％以上０．３０質量％未満、
Ｓｉ：０．１０〜０．４０質量％、
Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、
Ａｌ：０．０１〜０．１０質量％、
Ｃａ：０．００１５〜０．００５０質量％、
Ｓ：０．００５質量％以下、
Ｎ：０．００５０質量％以下、
Ｔｉ：０．０１５〜０．０２１質量％、
Ｎｂ：０．００５〜０．０２５質量％、かつ、
ＴｉをＮに対する質量比（Ｔｉ／Ｎ）が３．２以上を満たすように含有し、
残部が、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有する鋼素材を１０００〜１３００℃の温度に加熱する加熱工程と、
前記加熱工程の後に、仕上げ温度８００〜９５０℃で前記鋼素材に熱間圧延を施し、板厚１０ｍｍ以下とする熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程の後に、前記鋼素材を５００℃以上６００℃未満の温度で巻取る巻取工程とを有する油井管用熱延鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油、天然ガス等の掘削に用いられる油井管の素材として好適に用いることができる油井管用熱延鋼板および油井管用熱延鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、原油価格の高騰や、近い将来に予想される石油資源の枯渇という観点から、従来、省みられなかったような深度が深い油田や、炭酸ガス、塩素イオン等を含む厳しい腐食環境の油田やガス田、さらには寒冷地や海底といった掘削環境が厳しい油田等の開発が盛んになっている。
したがって、このような環境下で使用される油井管（特にチュービングパイプ）には、高強度で、かつ優れた耐腐食性、更には優れた靱性を兼ね備えた材質が要求されている。
【０００３】
このような要求に応える油井管の素材として、炭素や窒素等の各原子の含有量を特定範囲に調製した鋼素材や熱延鋼板が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６５６５７号公報
【特許文献２】特開２００７−１３８２８９号公報
【特許文献３】特開２００７−１３８２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らが、従来公知の油井管用の鋼素材や熱延鋼板について検討したところ、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、硫黄（Ｓ）および窒素（Ｎ）の含有量によっては、油井管の作製時（特に突き合わせ溶接時）に溶接近傍部に微細な割れが生じたり、非金属介在物に起因した微細な割れが生じたり、溶接（熱処理）を受けた後の組織に起因した微細な割れが生じたりすることにより、超音波探傷試験（Ultrasonic Testing，以下「ＵＴ試験」ともいう。）での不良率が高くなる場合があることを明らかとした。
【０００６】
そこで、本発明は、ＵＴ試験における不良率が十分に低い油井管を製造することができる油井管用熱延鋼板およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃａ、ＳおよびＮの質量％ならびにＴｉのＮに対する質量比（Ｔｉ／Ｎ）を特定の範囲に調製した熱延鋼板を用いることにより、ＵＴ試験における不良率が十分に低い油井管を製造することを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は、下記（１）〜（４）を提供する。
【０００８】
（１）少なくとも、
Ｃ：０．１５質量％以上０．３０質量％未満、
Ｓｉ：０．１０〜０．４０質量％、
Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、
Ａｌ：０．０１〜０．１０質量％、
Ｃａ：０．００１５〜０．００５０質量％、
Ｓ：０．００５質量％以下、
Ｎ：０．００５０質量％以下、かつ、
ＴｉをＮに対する質量比（Ｔｉ／Ｎ）が３．２以上を満たすように含有し、
残部が、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有し、
板厚が１０ｍｍ以下である油井管用熱延鋼板。
【０００９】
（２）Ｔｉの含有量が、０．０１５〜０．０２１質量％である上記（１）に記載の油井管用熱延鋼板。
【００１０】
（３）更に、Ｎｂを０．００５〜０．０２５質量％含有する上記（１）または（２）に記載の油井管用熱延鋼板。
【００１１】
（４）少なくとも、
Ｃ：０．１５質量％以上０．３０質量％未満、
Ｓｉ：０．１０〜０．４０質量％、
Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、
Ａｌ：０．０１〜０．１０質量％、
Ｃａ：０．００１５〜０．００５０質量％、
Ｓ：０．００５質量％以下、
Ｎ：０．００５０質量％以下、かつ、
ＴｉをＮに対する質量比（Ｔｉ／Ｎ）が３．２以上を満たすように含有し、
残部が、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有する鋼素材を１０００〜１３００℃の温度に加熱する加熱工程と、
上記加熱工程の後に、仕上げ温度８００〜９５０℃で上記鋼素材に熱間圧延を施し、板厚１０ｍｍ以下とする熱間圧延工程と、
上記熱間圧延工程の後に、上記鋼素材を５００℃以上６００℃未満の温度で巻取る巻取工程とを有する油井管用熱延鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
以下に示すように、本発明によれば、ＵＴ試験における不良率が十分に低い油井管を製造することができる油井管用熱延鋼板およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
〔油井管用熱延鋼板〕
本発明の油井管用熱延鋼板（以下、単に「本発明の熱延鋼板」と略す。）は、少なくとも、Ｃを０．１５質量％以上０．３０質量％未満、Ｓｉを０．１０〜０．４０質量％、Ｍｎを１．０〜２．０質量％、Ａｌを０．０１〜０．１０質量％、Ｃａを０．００１５〜０．００５０質量％、Ｓを０．００５質量％以下、Ｎを０．００５０質量％以下、かつ、ＴｉをＮに対する質量比（Ｔｉ／Ｎ）が３．２以上を満たすように含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有し、板厚が１０ｍｍ以下である油井管用の熱延鋼板である。
以下に、本発明の熱延鋼板について、各化学成分の限定理由および組織の限定理由について詳述する。
【００１４】
＜Ｃ：０．１５質量％以上０．３０質量％未満＞
Ｃは、鋼の高強度化に必須の元素であり、本発明の熱延鋼板における含有量は０．１５質量％以上０．３０質量％未満である。
ここで、Ｃの含有量が０．１５質量％以上であると、本発明の熱延鋼板を用いて作製される油井管（以下、単に「パイプ」ともいう。）の強度が十分に担保できる。
また、Ｃの含有量が０．３０質量％未満であると、ＵＴ試験における不良率を低くすることができる。これは、金属組織を構成するフェライト（以下、「素材フェライト」という。）の強度が高くなり過ぎないため、パイプの溶接近傍部だけでなく、素材フェライトと素材フェライトとの界面における割れの発生も抑制することができたためと考えられる。
更に、Ｃの含有量が０．３０質量％未満であると、溶接後のマルテンサイト組織の形成も抑制することができる。
本発明においては、Ｃの含有量は０．１９〜０．２９質量％であるのが好ましく、０．２３〜０．２７質量％であるのがより好ましい。
【００１５】
＜Ｓｉ：０．１０〜０．４０質量％＞
Ｓｉは、鋼の脱酸剤として添加される元素であり、本発明の熱延鋼板における含有量は０．１０〜０．４０質量％である。
ここで、Ｓｉの含有量が０．１０質量％以上であると、鋼の脱酸剤として十分に機能し、また固溶強化により鋼の強度を確保することができる。
また、Ｓｉの含有量が０．４０質量％以下であると、パイプの溶接近傍部におけるＳｉ酸化物の残存量が少なくなるため、溶接部の靱性が維持され、ＵＴ試験における不良率を低く保つことができる。
本発明においては、Ｓｉの含有量は０．２０〜０．３０質量％であるのが好ましく、０．２３〜０．２５質量％であるのがより好ましい。
【００１６】
＜Ｍｎ：１．０〜２．０質量％＞
Ｍｎは、鋼の強度と靭性を向上する元素であり、本発明の熱延鋼板における含有量は１．０〜２．０質量％である。
ここで、Ｍｎの含有量が１．０質量％以上であると、鋼の強度および靱性を確保することができる。
また、Ｍｎの含有量が２．０質量％以下であると、パイプの溶接性が良好となり、ＵＴ試験における不良率を低くすることができる。
本発明においては、Ｍｎの含有量は、耐腐食性の観点から１．３０〜１．６０質量％であるのが好ましく、１．３５〜１．５０質量％であるのがより好ましい。
【００１７】
＜Ａｌ：０．０１〜０．１０質量％＞
Ａｌは、鋼の脱酸剤として添加される元素であり、本発明の熱延鋼板における含有量は０．０１〜０．１０質量％である。
ここで、Ａｌの含有量が０．０１質量％以上であると、鋼の脱酸剤として十分に機能することができる。
また、Ａｌの含有量が０．１０質量％以下であると、アルミナ系介在物の発生が抑制され、ＵＴ試験における不良率を低くすることができる。
本発明においては、Ａｌの含有量は、鋼の靱性の観点から、０．０１〜０．０５質量％であるのが好ましく、０．０３〜０．０４質量％であるのがより好ましい。
【００１８】
＜Ｔｉ：質量比（Ｔｉ／Ｎ）≧３．２＞
Ｔｉは、結晶粒を微細化し、鋼の高強度化および高靭性化に有効な元素であり、本発明の熱延鋼板における含有量は、後述するＮに対するＴｉの質量比（Ｔｉ／Ｎ）が３．２以上を満たす量である。
ここで、Ｔｉの含有量が上記質量比（Ｔｉ／Ｎ）３．２以上を満たすと、ＵＴ試験における不良率を低くすることができる。これは、ＮがＴｉで固定されることにより、素材フェライトに固溶するフリーなＮを低減することができたためと考えられる。
本発明においては、上記質量比（Ｔｉ／Ｎ）は、ＵＴ試験における不良率をより低くすることができ、またパイプの機械的特性にも優れる理由から、３．２〜７．０であるのが好ましく、４．０〜６．０であるのがより好ましい。
また、Ｔｉの含有量は、パイプの溶接近傍部のペネトレータの発生を抑制し、パイプの溶接近傍部の割れの発生をより抑制することができる理由から、０．０１５〜０．０２１質量％であるのが好ましく、０．０１６〜０．０２０質量％であるのがより好ましい。
【００１９】
＜Ｃａ：０．００１５〜０．００５０質量％＞
Ｃａは、鋼中の硫化物の形態を制御することにより、硫化物を無害化する作用を有する元素であり、本発明の熱延鋼板における含有量は０．００１５〜０．００５０質量％である。
ここで、Ｃａの含有量が０．００１５質量％以上であると、非金属介在物であるＭｎＳの形成を抑制できるため、ＭｎＳの形成によって引き起こされるパイプの靱性の低下や、ＭｎＳと素材フェライトとの界面で発生する割れを抑制することができ、ＵＴ試験における不良率を低くすることができる。
また、Ｃａの含有量が０．００５０質量％以下であると、ＣａＯ系の酸化物やＣａＳが少なくなるため鋼の清浄性が良好となり、これらと素材フェライトとの界面で発生する割れを抑制することができるため、ＵＴ試験における不良率を低く保つことができる。
本発明においては、Ｃａの含有量は０．００２０〜０．００４０質量％であるのが好ましく、０．００２５〜０．００３５質量％であるのがより好ましい。
【００２０】
＜Ｓ：０．００５質量％以下＞
Ｓは、鋼中に不純物として存在する元素であり、本発明の熱延鋼板における含有量は０．００５質量％以下である。
ここで、Ｓの含有量が０．００５質量％以下であると、非金属介在物であるＭｎＳの形成を抑制できるため、ＭｎＳの形成によって引き起こされるパイプの靱性の低下や、ＭｎＳと素材フェライトとの界面で発生する割れを抑制することができ、ＵＴ試験における不良率を低くすることができる。
本発明においては、Ｓの含有量は０．００３質量％以下であるのが好ましく、実質的に含有していないのがより好ましい。
【００２１】
＜Ｎ：０．００５０質量％以下＞
Ｎは、鋼中に微量ながら不可避的に含有される元素であり、本発明の熱延鋼板における含有量は０．００５０質量％以下である。
ここで、Ｎの含有量が０．００５０質量％以下であると、ＵＴ試験における不良率を低くすることができる。これは、金属組織を構成する素材フェライトの強度が高くなり過ぎず、また溶接時の熱影響によるマルテンサイト相への変態が抑制され、更に上述したＴｉによるＮの固定物（ＴｉＮ）の量自体が少なくなるため鋼の清浄性も良好となり、ＴｉＮと素材フェライトとの界面で発生する割れを抑制することができたためと考えられる。
本発明においては、Ｎの含有量は０．００４０質量％以下であるのが好ましく、実質的に含有していないのがより好ましい。
【００２２】
＜Ｎｂ：任意成分＞
本発明の熱延鋼板は、結晶粒を微細化し、鋼の高強度化および高靭性化に有効な元素であるＮｂを含有するのが好ましい。
本発明においては、所望によりＮｂを含有する場合の含有量は、鋼の高強度化および高靭性化ならびにコストの観点から０．００５〜０．０２５質量％であるのが好ましく、０．０１０〜０．０２０質量％であるのがより好ましい。
【００２３】
＜Ｐ：不可避的不純物成分＞
本発明の熱延鋼板は、鋼中に不可避的不純物としてＰを含有しうる。
本発明においては、Ｐの含有量は、鋼の靱性および耐腐食性を確保する観点から０．０２５質量％以下に調製するのが好ましく、０．０２０質量％以下に調製するのがより好ましい。
【００２４】
＜Ｏ：不可避的不純物成分＞
本発明の熱延鋼板は、鋼中に不可避的不純物としてＯを含有しうる。
本発明においては、Ｏの含有量は、鋼の靱性および耐腐食性を確保する観点から０．００５０質量％以下に調製するのが好ましく、実質的に含有していないのがより好ましい。
【００２５】
＜その他の任意成分＞
上述した必須の含有成分（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃａ、ＳおよびＮ）ならびに任意の含有成分（Ｎｂ）が基本組成であるが、本発明においては、主に鋼の強度向上の観点から、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、ＮｉおよびＭｏからなる群から選択される１種以上の元素を必要に応じて含有していてもよい。
【００２６】
〔油井管用熱延鋼板の製造方法〕
本発明の油井管用熱延鋼板の製造方法（以下、「本発明の製造方法」と略す。）は、少なくとも、Ｃを０．１５質量％以上０．３０質量％未満、Ｓｉを０．１０〜０．４０質量％、Ｍｎを１．０〜２．０質量％、Ａｌを０．０１〜０．１０質量％、Ｔｉを０．０１５〜０．０２１質量％、Ｃａを０．００１５〜０．００５０質量％、Ｓを０．００５質量％以下、Ｎを０．００５０質量％以下、かつ、ＴｉをＮに対する質量比（Ｔｉ／Ｎ）が３．２以上を満たすように含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼組成を有する鋼素材を１０００〜１３００℃の温度に加熱する加熱工程と、上記加熱工程の後に仕上げ温度８００〜９５０℃で上記鋼素材に熱間圧延を施し、板厚１０ｍｍ以下とする熱間圧延工程と、上記熱間圧延工程の後に、上記鋼素材を５００℃以上６００℃未満の温度で巻取る巻取工程とを有する製造方法である。
以下に、本発明の製造方法の出発原料（鋼素材）および各工程について詳述する。
【００２７】
＜鋼素材＞
本発明の製造方法で使用する鋼素材は、上述した本発明の熱延鋼板で説明した各成分を含有する鋼スラブである。
上記鋼素材の調製方法は、特に限定されないが、上述した各成分を含有する組成の溶鋼を、転炉等の常用の溶製方法で溶製し、連続鋳造法等の常用の鋳造方法で鋼素材とすることが好ましい。
【００２８】
＜加熱工程＞
上記加熱工程は、上記鋼素材を加熱する工程であり、本発明の製造方法における加熱温度（ＳＲＴ）は１０００〜１３００℃である。
ここで、加熱温度が１０００℃以上であると、鋼中の炭窒化物（特にＴｉＣ）が再固溶するため、鋼に必要な強度を付与し易くなる。
また、加熱温度が１３００以下であると、結晶粒の粗大化が抑制されるため鋼の靱性低下を抑制することができ、また、圧延中の酸化物量を抑えることができるため、歩留まりが良好となる。
本発明においては、加熱温度（ＳＲＴ）は１２００〜１３００℃であるのが好ましい。
【００２９】
＜熱間圧延工程＞
上記熱間圧延工程は、上記加熱工程によって加熱された鋼素材に仕上げ温度８００〜９５０℃で熱間圧延を施し、板厚１０ｍｍ以下とする工程である。
本発明においては、最終的な板厚が１０ｍｍ以下となれば、上記熱間圧延工程の条件は特に限定されず、従来公知の粗圧延および仕上圧延を施すことができる。
また、本発明においては、板厚は、３〜７ｍｍであるのが好ましい。
【００３０】
また、上記熱間圧延工程においては、最終的な仕上圧延を８００〜９５０℃で施す。
ここで、上記仕上げ温度とは、仕上げ圧延機直後の鋼素材の表面温度を意味する。
仕上げ温度が９５０℃以下であると、結晶粒の粗大化が抑制され、鋼板に要求される靭性を確保することができ、また、正常な組織が得られるため必要な強度特性を得ることができる。
一方、仕上げ温度が８００℃以上であると、鋼板の組織が均一となり、正常な組織を得ることができるため、パイプ製造時に素材フェライトの界面における変形を抑制し、素材フェライト界面で発生する割れを抑制することができる。
【００３１】
＜巻取工程＞
上記巻取工程は、上記熱間圧延工程によって圧延された鋼素材を巻取る工程であり、本発明の製造方法における巻取り温度（ＣＴ）は５００℃以上６００℃未満である。
ここで、上記巻取り温度とは、巻取り機で巻取る直前の鋼素材の表面温度を意味する。
上記巻取り温度が５００℃以上であると、金属組織を構成する素材フェライトの強度が高くなり過ぎないため巻取り機での巻取りがスムーズとなり、また鋼板の形状が均一となり、板厚方向の温度差が生じにくくなるため、材質のバラツキを抑制することができる。
また、巻取り温度が６００℃未満であると、上記熱間圧延工程により生成される鋼板表面のスケールの厚さが厚くなり過ぎず、下地との密着性を維持することができるため、熱延後のスケール剥れを抑制することができ、パイプの作製時（特に突き合わせ溶接時）の不良原因を軽減することができる。また、鋼板の組織の粗大化を抑制し、靱性も良好となる。
本発明においては、上記巻取り温度は、熱延時のスケール剥れをより抑制することができる理由から、５６０〜５８０℃であるのが好ましい。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例を用いて、本発明の熱延鋼板について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１〜２、比較例１〜１７）
下記第１表に示す組成の溶鋼を転炉で溶製し、連続鋳造により鋼素材を調製した。
調製した鋼素材に対して、下記第１表に示す加熱温度の加熱工程、下記第１表に示す板厚の熱間圧延工程、および、下記第１表に示す巻取り温度の巻取工程を行い、熱延鋼帯とした。
次いで、熱延鋼帯から、円筒形状に造管して端部同士を溶接して溶接パイプを作製した。
このようにして作製したパイプについて、以下に示す方法でＵＴ試験における不良率（以下、「ＵＴ不良率」と略す。）およびパイプ強度を評価した。これらの結果を下記第１表に示す。
【００３４】
＜ＵＴ不良率＞
ＵＴ不良率（ＵＴ不良パイプ本数比率）は、作製したパイプを超音波探傷検査に供し、検査に供したパイプ本数のうち、ＵＴ不良（ＵＴ探傷）と判断されたパイプ本数の割合から算出した。
ここで、ＵＴ不良率が１．０％以下であると、ＵＴ不良率が十分に低い（○）と評価することができ、ＵＴ不良率が１．０％超であると、ＵＴ不良率が高い（×）と評価することができる。
【００３５】
＜パイプ強度＞
パイプ強度は、作製したパイプから切り出した試験片を引張試験に供して測定し、油井管としての必要な強度の有無を評価した。
【００３６】
【表１】
0005691643.tif 000002
【００３７】
【表２】
0005691643.tif 000003
【００３８】
第１表に示す結果から、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃａ、ＳおよびＮの質量％ならびにＴｉのＮに対する質量比（Ｔｉ／Ｎ）が所定の範囲内になる熱延鋼板を用いることにより、ＵＴ不良率が十分に低いパイプを製造できることが分かった（実施例１および２）。
これは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃａ、ＳおよびＮのいずれか１つ以上の質量％が所定の範囲から外れる熱延鋼板を用いた場合にはＵＴ不良率が高くなり（比較例１〜９、１１、１２、１４〜１７）、また、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃａ、ＳおよびＮの質量％がいずれも所定の範囲内にあってＴｉのＮに対する質量比（Ｔｉ／Ｎ）のみが所定の範囲外である熱延鋼板を用いた場合にもＵＴ不良率が高くなることを考慮すると（比較例１０および１３）、極めて意外な効果であることが分かる。